allgemeines
Zündkurve
Einpritzer/fuel injection
Vergaser/caburettors
Kolben/piston
Auspuff
Motortuning

Leistungsprüfstand saarland 



Die Leistungsmessung erfolgt in wenigen Minuten präzise und schnell!
Gefährliche Probefahrten bei Regen und Kälte sind nicht nötig.
Der gefürchtete Reifenverschleiss gehört der Vergangenheit an!
Der Motor wird unter idealen Lastbedingungen gemessen. Nur so werden wichtige Veränderungen der Leistungskurve sichtbar (0,1 PS Anzeigegenauigkeit) !
Der Prüfstand wird benutzt wie ein Meßschieber, nämlich als Meßgerät. Man kann sich auf das Wesentliche konzentrieren, den Motorradmotor!
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mit freundlicher Genehmigung von A. Amerschlaeger



allgemeines Das Beispiel Bandit 1200 ist das typische Standart-Modell von dem, was sinnvoll ist: Ein mehr oder weniger durchschnittlicher Fahrer verlangt nach mehr Leistung um seinen Kollegen auf technisch aufwendigeren Motorrädern nach zu kommen. Das Ganze soll fahrbar und bezahlbar bleiben. Hier ist ein weiches Ansprechverhalten der wichtigste Punkt im Lastenheft nach der Eingrenzung des finanziellen Budgets...

 

Zündkurve Die haben doch immer einen festen Zündzeitpunkt, oder? Das stimmt wohl für die meisten 2-Taktmotoren. Und zwar hauptsächlich aus 4 Gründen: - Das Teil sei es ein Rasenmäher oder ein 50ccm-Moped...

 

Einpritzer/fuel injection Auch ohne Eingriff in den Motor können Sie vom Power-Commander profitieren! Durch die mögliche Feinabstimmung der Einspritzanlage ist das Ansprechverhalten sowie Leistung und Drehmoment bei vielen...

 

Vergaser/caburettors Der japanische Vergaserhersteller Mikuni gehört zu den weltweit führenden Anbietern von Vergasern für die verschiedensten Einsatzbereiche. Mikuni-Vergaser sind unübertroffen, wenn es darum geht, Ho...

 

Kolben/piston Kolben aus präziser Fertigung mit jeder Menge Erfahrung gepaart. JE und Wiseco decken gemeinsam fast alle Bereiche ab.

 

Auspuff Was vorne rein soll muß auch hinten wieder raus.

 


Tuning

Ich werde mich auf den 4-Taktmotor beschränken, da 2-Takter aufgrund ihres sensiblen Ladungswechsels sehr individuell betrachtet werden müssen. Das würde den hier zur Verfügung stehenden Raum sprengen.

Ziel des "Tunens" ist in der Regel Mehrleistung. Also sehen wir uns einmal die Berechnung der Leistungsabgabe an der Kurbelwelle an:

P = Md x w = Md x 2p x n

P = Leistung in KW (Kilowatt)
Md = Drehmoment in Nm (Newtonmeter)
w = Winkelgeschwindigkeit
n = Motordrehzahl / Sekunde (1/s)




 

GSF1200 Bandit Tuning

Schaut man sich die Formel an, so wird erkennbar, dass z.B. alleine durch Drehzahlsteigerung sich die Leistung erhöhen würde. Leider setzt uns hier die Physik Grenzen. Schauen wir uns eine Leistungskurve an, ist sofort erkennbar, dass ab einer gewissen Drehzahl die Leistungskurve abfällt. Das Drehmoment sinkt schneller, als die Drehzahl steigen kann. Ursächlich hierfür ist das Sinken des Zylinderfüllgrades – auch Luftliefergrades - mit brennbarem Gemisch. Eine Leistungssteigerung wird nur dann erreicht, wenn der Luftliefergrad erhöht wird. Das bedeutet: Der Ladungswechsel und damit die Füllung des Zylinders muss erhöht werden.
Frei nach dem Motto: Wo viel rauskommen soll, muss auch viel rein.
Was allerdings nicht ausschließlich die Kraftstoffmenge meint, sondern mehr optimal brennbares Gemisch in der korrekten, benötigten Zusammensetzung. Eine alleinige Anfettung des Gemisches durch vermehrte Zusetzung von Kraftstoff – eine "Tuning"-Methode, die leider immer noch propagiert wird – bringt bei einer guten Grundabstimmung des Motorrades nichts. Hier wäre eine Feinabstimmung mit Versuchsfahrten auf dem Prüfstand und abschließender Kontrollfahrt auf der Strasse das sinnvollste.



Hubraumvergrösserung

Eine einfache und gleichzeitig sehr effektive Möglichkeit um eine Erhöhung der Füllung bzw. des Luftliefergrades zu erreichen ist die Erhöhung des Hubraumes, zumal davon ausgegangen werden kann, dass durch 10% mehr Volumen etwa 8-10% mehr Leistung gewonnen werden kann. In günstigen Fällen ist sogar noch ein wenig mehr möglich, da sich der Abstand des Einlassventils zur Zylinderwand vergrößert und das Einströmen des Gemischs weniger behindert wird.
Die Grenze des Möglichen wird durch im Wesentlichen durch die Stärke der Zylinderbüchse abgesteckt. Wird sie zu dünn, steigt die Gefahr des Verzuges der Laufbahn überproportional an. Allerdings haben moderne Motoren immer öfter keine eigentliche Laufbüchse, sondern die Kolben laufen in beschichteten Bohrungen direkt im Zylinder. Ein Aufbohren zur Hubraumsteigerung würde anschließend eine neue Beschichtung erfordern und somit wieder die Kosten stark anheben. Zumal nicht alle Anbieter, die Laufbahnen beschichten dies in der nötigen Qualität tun.

Eine Hubraumvergrößerung durch Erhöhung des Kurbelwellenhubes ist ungleich aufwendiger.
Diese Kurbelwellenbearbeitung können nur wenige Fachbetriebe ausführen.
Es ist zu beachten, dass
- der Kolben im OT (oberen Totpunkt) über die Zylinderlaufbahn hinauskommen wird, der Zylinder daher angehoben oder ein kürzerer Kolben verwendet werden muss;
- durch die größere Auslenkung des Pleuels dieses eventuell in Kontakt mit dem unteren Ende der Zylinderlaufbahn kommen kann;
- der Kurbelwellenraum im Motorgehäuse dem Pleuelfuß ausreichend Platz lässt....

Es wird ersichtlich, dass die alleinige Änderung eines Bauteils eine ganze Reihe zu betrachtende Aspekte nach sich zieht.
Früher, als die Motoren noch lange nicht so ausgereizt waren, war Tuning einfacher und billiger.
Aber diese herrlichen Zeiten sind leider vorbei.




 

Verdichtungserhöhung

Die Anhebung des Verdichtungsverhältnisses führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades durch das Erreichen eines höheren Verbrennungsdruckes. Die Erhöhung der Verdichtung birgt aber das Risiko der Klingelneigung in sich. Mit "Klingeln" wird die Geräuschentwicklung der irregulären Verbrennungen bezeichnet, die meist bei Vollast im mittleren Drehzahlbereich entstehen. Zudem muss überprüft werden, ob die Ventile während der Überschneidungsphase ausreichend Platz zum Kolben haben, die Zündeinstellung und/oder Gemischzusammensetzung korrigiert werden müssen. Immerhin gibt es hier eine Formel, die genauen Aufschluss gibt, wie wir das gewünschte Verdichtungsverhältnis erreichen:

s' = (s : (e1 – 1)) - (s : (e2 – 1))

wenn e1 kleiner als e2 ist, wird s' positiv, bedeutet Material wegnehmen, Verdichtung erhöhen
wenn e1 größer als e2 ist, wird s' negativ, bedeutet Material hinzugeben (zB. dickere Dichtung), Verdichtung senken

s' = Höhenänderung des Verdichtungsraumes
s = Kolbenhub
e1 = Verdichtungsverhältnis vor der Änderung
e2 = Verdichtungsverhältnis nach der Änderung

Angenommen, wird haben eine Yamaha YZF-R6 Modell 1999, es soll ein Verdichtungsverhältnis von 13:1 erreicht werden

Gegeben sind:
e1 = 12,4 :1 (derzeitige Verdichtung)
e2 = 13,0 :1 (gewünschte Verdichtung)
Hub (s) = 44,5 mm

s' = (44,5mm : (12,4-1)) - ( 44,5mm : (13-1) = 0,195mm)

Also:
Den Kopf um 0,195mm planen oder Kolben mit 0,195mm höherer Kompressionshöhe verwenden, das ergibt ein Verdichtungsverhältnis von 13:1.




 

Yamaha TRX850 110PS

Optimieren des Ladungswechsels

Weniger Aufwand - zumindest hinsichtlich der Bauteile – ist die Optimierung des Ladungswechsels des Motors. Allerdings haben die Hersteller in den Letzten Jahren die Ziele sehr hoch gesteckt, wenn unter Beachtung der Geräusch- und Emissionsgrenzwerte Änderungen der Ansaug- oder Abgaswege des Motors noch spürbar Leistung gefunden werden soll. Aber lassen wir die Gesetzgebung zunächst einmal bei Seite ;-). Eine einfache Anfettung des Gemischs – wie sie leider immer noch häufig propagiert wird - bringt jedenfalls meistens nichts.
Eine Chance zur Optimierung haben wir fast nur noch dort, wo der Hersteller aus Gesetzgebungs-, Konstruktions-, Preis- oder Fertigungsgründen sowie zur Erhaltung der Alltagstauglichkeit Kompromisse eingegangen ist.




 

Einfachste Möglichkeit, Mehrleistung zu erreichen ist hier die Verwendung von Nockenwellen mit geänderter Charakteristik. Es wird zwar in unteren Drehzahlbereichen etwas Drehmoment verloren, ab dem mittleren Bereich jedoch enorm hinzugewonnen. Natürlich leidet die Alltagstauglichkeit – Ansprechverhalten und Gleichlauf in niedrigen Drehzahlbereichen – doch wir wollen ja Leistung oben herum. Allerdings sind hier ebenso die restlichen Bauteile – Ventiltrieb, Kolben, Ansaug- u. Abgaswege – unter die Lupe zu nehmen. Je nach Nockenwellenauslegung (Beschleunigungsverlauf der Ventilbetätigung, Hub, Steuerzeiten) müssen diese Bauteile nachgearbeitet oder verändert werden. Durch die höhere Beschleunigung beim Öffnungs- und Schließvorgang der Ventile sollte darauf geachtet werden, dass Ventil, Federteller und Feder, je nach dem Tassenstößel oder Kipp-/Schlepphebel gewichtsmäßig optimiert bzw. durch adäquate Teile ersetzt werden. Die bewegten Massen sollten möglichst gering gehalten werden, um übermäßigen Verschleiß vorzubeugen. Es ist weiterhin zu beachten, dass die Ventile während der Überschneidungsphase nicht mit dem Kolben kollidieren können. Die Ventiltaschen im Kolbenboden müssen in diesem Fall nachgearbeitet werden.
Eine Aussage über die zu erwartende Mehrleistung allein über die Nockengeometrie ist nur äußerst Vage möglich, da weitere Aspekte wie Ansaug- und Abgaswege, Ansauglufttemperatur, Motortemperatur, Brennraumform, Verdichtung, Zündzeitpunkt maßgeblich die Leistung mit beeinflussen. Es ist hier anzuraten, auf komplette, erprobte Kits, die neben den Nockenwellen und entsprechend angepasster Ventilfedern auch Angaben und Anleitung zur Zündeinstellung, Bedüsung, Änderung der Ansaugwege etc. enthalten. Selbst dann ist zum erreichen der optimalen Abstimmung ein guter Leistungsprüfstand zwingend erforderlich. Eine solche Abstimmung auf der Strasse bzw. Rennstrecke vor zu nehmen, erfordert unendlich viel Geduld, Zeit und Erfahrung. Allein die Geräuschkulisse des Motors (durch offene Ansaugwege, Auspuff) kann eine Mehrleistung suggerieren und Leistungseinbrüche in bestimmten Bereichen verschleiern. Außerdem sind die Witterungseinflüsse (Luftdruck, Temperatur, Sauerstoffgehalt, Windverhältnisse) kaum konstant genug, um eine genaue Aussage beispielsweise die Bedüsung betreffend zu machen.




 

Liefergraderhöhung

Die Optimierung der Ansaug- und Abgaswege .

Grundsätzlich können wir davon ausgehen, dass bei den derzeit aktuellen Motorädern die Geometrie der Ansaugwege weitest gehend optimiert sind. Länge, Querschnitt, Querschnittsverlauf und Volumen der Luftführungen und Kanäle sind in aller Regel vom Hersteller den herrschenden Bedingungen optimal angepasst. Lediglich wirtschaftliche oder Fertigungszwänge verhindern stellenweise das Ideal. Hier ist der Punkt, wo Tuning ansetzt. Übergänge, Engpässe, Querschnittssprünge, Kanten und Grußgrate gilt es zu egalisieren und durch Schleifen zu glätten. Ein mühsames Polieren der Einlasskanäle ist allerdings überflüssig, da der erreichte Effekt – wenn er eintrifft - nicht nur äußert gering ist sondern sich auch negative Nebeneffekte einstellen können. Selbst eine messbare Verbessung der Durchflusszahl, ermittelt auf einer sogenannten Flow-Bench (Strömungsprüfstand), führt nicht unbedingt zu einer Verbesserung des Luftliefergrades.
Im Auslasskanal ist eine Glättung noch wirkungsloser, hier genügt eine Entfernung störender Grate und Kanten. Das Augenmerk gilt den dynamischen Strömungseffekten während des Motorbetriebes. Hier Spielen Ansauglänge und Volumen des Luftfiltergehäuses eine wesentlich größere Rolle.
Um hier nicht tief in die Strömungslehre einzudringen sei nur soviel gesagt: Kurze Ansaugwege erhöhe im Allgemeinen Drehmoment (und damit die Leistung) im oberen Drehzahlbereich, lange Kanäle stärken den unteren Bereich. Die ideale Länge muss im Versuch ermittelt werden.
Rufen wir uns die Gleichung zur Errechnung der Leistung wieder ins Gedächtnis, erinnern wir uns, dass Leistung sich aus dem Produkt aus Drehmoment und Drehzahl errechnet. Also ist unser Ziel, das Optimum des Liefergrades in oberen Drehzahlbereich zu verlagern, damit eine höhere Motordrehzahl erreicht werden kann.
Eine Anpassung der Kraftstoffbeimengung bei Änderung des Luftliefergrades darf nicht vergessen werden.




 

Reibungsverluste

Natürlich gehört zu einem ordentlichen Tuning auch die Minimierung der Reibungsverluste. Allerdings ist das primäre Ziel hierbei nicht so sehr, Leistung zu gewinnen als eher weniger Reibungswärme zu erzeugen und die Standfestigkeit zu erhöhen.
Den größten Anteil der Reibung bescheren uns die Kolben und seine Dichtringe. Um eine geringere Reibung zu erzielen, werden Dicht- und Ölabstreifringe mit geringerer Spannung und/oder nur ein einzelner Dichtring verwendet. Die Kolben müssen speziell dafür ausgelegt sein da sonst Blow-by (= Vorbeiblasen am Kolbenring von Gasen durch den Verbrennungsdruck) und Ölverbrauch erheblich ansteigen würden. Der Leistungsgewinn dürfte bei einem 4-Zylinder-Motor zwischen 0,8 und (bei älteren Motoren) 1,5 KW liegen. Eine Verwendung von beschichteten Laufbuchsen und entsprechenden Kolben verspricht noch mehr Leistung und erhöhte Standfestigkeit durch geringere Reibung und verbesserte Kühlung durch besseren Wärmeübergang zwischen Kolben, Laufbahn zum Zylinderblock.
An anderen bewegten Teilen ist eine Senkung der Reibung – zumindest bei modernen Motoren - ungleich schwieriger. Schließlich hat der Hersteller schon bei der Konstruktion auf geringe Reibverluste geachtet. Nur dort wo aus den schon erwähnten Gründen eine Optimierung nicht möglich oder sinnvoll war, kann der Tuner noch etwas optimieren.
Bei sehr stark getunten Motoren die auch wesentlich höhere Drehzahlen erreichen erweist es sich oft als sinnvoll oder sogar nötig, das Lagerspiel der Gleitlager an Pleuelfuß- und Kurbelwellenhauptlager zu erhöhen. Hierdurch soll die Belastung auf das dort befindliche und die Materialien trennende Schmieröl gesenkt werden. Denn die auftretenden Druck- und Scherkräfte, die auf das Öl einwirken, können bei zu knapp bemessenem Lagerspiel das Öl an der Schmierstelle so stark aufheizen, dass es regelrecht verbrennt. Die Rückstände des überhitzten Öl lagern sich zum Teil im Gleitlagerbereich ab und verursachen ein Abreißen des Schmierfilms. Es benötigt sehr viel Erfahrung (und eine Menge explodierter Motoren) um das ideale Lagerspiel ausfindig zu machen.



Bauteiloptimierung

hinsichtlich der Standfestigkeit.

Die Standfestigkeit des Fahrers möchte ich nicht beurteilen, da ich von den mechanischen Zusammenhängen im Hirn des gemeinen Mopedfahrers oft überrascht wurde und zu der Einsicht kam, dass weder Alkoholgehalt noch das üblich "ich-bin-der-Schnellste-Gespräch" Rückschlüsse darauf zulassen, ob die vorhanden Fähigkeiten zum Erreichen der Ziellinie führen könnten.

Nein, hier geht es um das Erreichen eines zuverlässigen Motors, der trotz Tuning die Mindestlaufzeit problemlos durchsteht. Ein "gut gehender" Motor hat letztendlich nur dann Sinn, wenn wir damit den Zieleinlauf erreichen können.
Dazu werden wir uns folgende Punkte betrachten:
Gewichtsoptimierung der Bauteile
Kühlung, Schmierung, Kraftübertragung (und Kraft–Vernichtung)
Der Sinn der Gewichtsoptimierung der Bauteile ist weniger, den Motor als solches um ein paar Gramm zu erleichtern als die bewegten Massen und deren Momente zu verringern um so die Beanspruchung der Teile – also den Verschleiß – zu minimieren.

Beginnen wir mit dem schwersten Bauteil des Motors, der Kurbelwelle:
Eine Erleichterung der Kurbelwelle setzt einige Überlegungen voraus. Das Hauptgewicht an der Kurbelwelle liegt bei den Kurbelwangen an, wobei es dort ungleichmäßig verteilt ist. Diese "Gegengewichte" sollen nämlich die Massenkraft von Pleuel und Kolben während derer Auf- und Ab- Bewegung ausgleichen. Hier Gewicht zu entfernen kann unter Umständen den Haushalt der Massenkräfte und –Momente empfindlich stören. Es erfordert (wiedereinmal) eine Menge Erfahrung, bei verringertem Kolben- und/oder Pleuelgewicht die Gegengewichte an den Kurbelwangen anzupassen.

Kühlung: Da effektiv lediglich ca. 30% des Kraftstoffes in nutzbare Leistung umgesetzt wird, weitere 30% in Form von Abgaswärme durch den Auspuff verschwindet bleiben noch restliche 40%, die in Form von Wärme an die Umwelt abgegeben werden müssen. Bei Flüssigkeitskühlung geht schon etwa die Hälfte davon über das Motorgehäuse an die Umwelt. Das lässt erkennen, dass eine gute Luftströmung um den Motor höchst wichtig ist. Allerdings reicht dazu bei verkleideten Motorrädern meist die durch den Kühler einströmende Luft. Zur Verbesserung des Abtransports der Wärme von den heißen Motorteilen ist das Motoröl zuständig. Neben der Erhöhung der Kühlfläche des Wasserkühlers (bei vielen Suzuki-Motoren statt dessen des Ölkühlers) kann ein zusätzlicher Ölkühler und/oder eine Erhöhung der Ölmenge also entscheidend zur Kühlung beitragen.

Eine Verbesserung der Schmierung vermindert die Reibung und damit Leistungsverlust, Temperaturentwicklung an den zu schmierenden Teilen und den Verschleiß. Beim Einsatz von entsprechenden Ölen darf allerdings (falls vorhanden) nicht die Nasskupplung vergessen werden, die dann entsprechend modifiziert werden muss.

Mit dem Erwähnen der Kupplung sind wir schon bei der Kraftübertragung angelangt: Kupplung, Ketten- bzw. Kardanantrieb, Bereifung und Bremsen.Je nach Leistungssteigerung muss die Kupplung mit stärkeren Druckfedern und anderen Lamellen mit höherem Reibwert versehen werden oder – bei starker Leistungssteigerung - durch ein entsprechendes Teil ersetzt werden, das für den Rennsport entwickelt wurde.
Der Kettensatz, die Bereifung und – nicht zu vergessen – die Bremsen müssen der gesteigerten Leistung stand halten.

Und vergesst nicht das Fahrwerk anzupassen!




 

Die Funktion des Prüfstandes:

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